使用混合型微光学谐振器稳定热光学振荡。

研究

使用混合型微光学谐振器稳定热光学振荡。

争取实现超节能光通信的稳定振荡。

作为大幅降低信息和通信技术能耗的一种手段,目前正在进行大量的研究,以便从大部分能量以热的形式流失的电子电路转向能源效率极高的光电路。基于微型光学谐振器的光梳正在作为光电路的一个重要组成部分而受到重视,因为它们可以高精度地确定光电路的时间基准,而且比使用锁模激光器的传统光频梳小得多,便宜得多。

特别是由氟化钙制成的微光学谐振器,其光学吸收系数非常小,可以用远低于传统的氟化镁或二氧化硅制成的微光学谐振器的能量来振荡光学肉瘤。然而,在氟化钙微光谐振器中,热光效应和热膨胀(源于材料对光的吸收所产生的微小热量)作为一种效应,分别有效地使谐振器变小和变大,导致热光振荡,使谐振器中的光功率周期性地波动。因此,无法实现光车梳的稳定振荡,这使得氟化钙微型光学谐振器作为光车梳光源的实际应用变得困难。

在这项研究中,提出了一种混合型微光共振器,其结构是在氟化钙微光共振器内嵌入具有高热导率的硅。在混合型微光共振器中,硅作为一个散热器,能够有效地消除热量,而热量是不稳定的原因。

图1 制造的CaF的照片2 WGM微腔。

图1显示了制造的氟化钙微光共振器。在这个微光共振器中观察到了热光振荡,如下图所示。

图2. (a) 测量的CaF输出光谱2 WGM微腔(D = 产生的纵向模式的波长间隔远远大于腔体的自由光谱范围。该光谱在测量过程中是不稳定的。(b)测量的泵光(LPF)和FWM光(HPF)的输出波形。

图2(a)显示了带有图1的微光共振器的光谱。图2(b)是与图2(a)对应的时间波形。通过低通滤波器(LPF)传输的泵浦光的光功率,由蓝线表示,可以看作是一个周期性波动的热光学振荡。另一方面,通过高通滤波器(HPF)传输的光梳子的光功率,如红线所示,可以看到在热光学振荡的影响下,反复产生和熄灭。

图3. (a) 所提结构的示意图。(b) 计算出的来自(a)所示WGM微腔的泵的传输波形,当(b) 计算出的来自(a)中所示WGM微腔的泵的传输波形,当 d = (c)与(b)相同,但在(b)中加入了 d =100微米, (d) d =200微米, (e) d =300微米,和(f) d = 400 µm。

图3(a)显示了混合微光共振器的概念图,而图3(b)、(c)、(d)、(e)和(f)显示了当氟化钙的直径固定为500μm,硅的直径为0μm(无硅)、100μm、200μm、300μm和400μm时,热光振荡的模拟结果。热光学振荡的模拟结果分别显示了直径为0、100、200、300和400微米(不含硅)的情况。随着硅直径的增加,热光学效应和热膨胀效应之间的平衡发生了变化,并证实当硅直径足够大时,由于热光学效应和热膨胀效应得到了平衡,达到了热平衡状态,热光学振荡消失。

 

结果表明,使用混合微光谐振器可以消除热光振荡的问题,从而形成了基于氟化钙的超能效光卡康振荡器。

这项工作的部分内容得到了科学技术研究基金(15H05429)的支持。
这一成就的取得,得益于 AIP Advances, Vol. 6, No. 5, 055116 (2016).这些信息发表在